Stubble cultivation under minimum tillage (KULUNDA)

Minimum Tillage (Federação Russa)

Минимальная обработка

Descrição

Minimum tillage is a one-pass operation combined with sowing, using a classic Russian seeder modified for seedbed preparation and soil mixing. It can include shallow stubble cultivation after harvesting.

Minimum tillage is a key element of the "adapted Soviet cropping system", which aims at more sustainable land use but based on predominantly local technologies. For successful implementation of minimum tillage, adaption of the whole cropping system is required, including crop rotation. Rotation includes a succession of cereal crops (e.g. spring wheat), legumes (peas), and oil seed crops. Stubble cultivation in autumn is best performed with the "Catros" compact disc harrow for a quick, shallow operation. Seedbed preparation is carried out using a classic Russian seeder modified with wing shares for shallow seedbed preparation including soil mixing. In general, the performance of this drill is very close to that of a cultivator.

Minimizing tillage, saves time and fuel, and also helps to reduce evaporation, as well as protecting the soil against erosion. Shallow tillage with disc harrows after harvest ensures better stubble mixing and stimulates the germination of weed seeds. The adapted seeder, SZS 2.1, works with wing shares that open the soil and place the seed. Thus traditional deep tillage operations for the preparation of the seedbed can are omitted: that helps to reduce costs. With respect to crop protection, the first and most important element is to implement a full crop rotation. To control late germinating weeds and seeds of the previous crop, a disc harrow is used for shallow cultivation – this can be supplemented by the application of a non-selective herbicide if there is germination - to avoid the risk of flowering before the hard frost sets in. Fertilization becomes more important, because of the decreased mineralization rate under minimized soil tillage, especially at the beginning of the conversion of the cropping system.

The Technology including crop rotation was tested in the field in 4 test plots with 4 repetitions at the test site in Poluyamki. Results showed that the intensity of soil tillage and seeding methods used had a great influence on crop establishment and expected yields. It was demonstrated that minimizing tillage leads to higher water use efficiency and highest yields. Positive effects were also observed regarding soil structure and soil fertility already after 3 years. Minimized soil disturbance led to higher aggregate stability, which leads to a lower risk of wind erosion, increased soil organic carbon storage and soil fertility as well as available soil water content. The adapted Soviet system is more profitable, due to higher gross margins.

The test site in Poluyamki is located in the dry steppe of the border region next to Kazakhstan, where, due to the climatic conditions, no natural afforestation occurs, and the planted windbreaks don’t grow vigorously due to the prevailing aridity. The annual precipitation is under 300 mm a year. Probably the greatest climatic influence factor is the precipitation - in terms of quantity and space/ time distribution and, due to high summer temperatures, the high rates of evapotranspiration. The total yearly precipitation rate is the primary yield-limiting factor in all steppe regions. The ratio between precipitation and evaporation is negative. In the late weeks of spring, prolonged droughts must be expected in 5-year cycles, limiting germination and crop establishment. The soils are classed among those of cool-tempered grasslands. Due to their physical and chemical characteristics, these soils (Chernozems and Kastanozems) have high agronomic potential.

Localização

Localização: Mikhaylovski district (Pavlovski district, Mamontovski district), Russian Federation/Altai Krai, Federação Russa

Nº de sites de tecnologia analisados:

Geo-referência de locais selecionados
  • 79.90727, 52.0675

Difusão da tecnologia: Uniformemente difundida numa área (0.13 km²)

Em uma área permanentemente protegida?:

Data da implementação: menos de 10 anos atrás (recentemente)

Tipo de introdução
The scheme shows the design of the test field “KULUNDA II” in Poluyamki. It consists of various test plots bellowing to different farming systems (Lars-Christian Grunwald)
Test plots of the three cropping systems studied: conventional, adapted and modern in Poluyamki, . Between the test plots, the protective strips can be seen. (Patrick Illiger)

Classificação da Tecnologia

Objetivo principal
  • Melhora a produção
  • Reduz, previne, recupera a degradação do solo
  • Preserva ecossistema
  • Protege uma bacia/zonas a jusante – em combinação com outra tecnologia
  • Preservar/melhorar a biodiversidade
  • Reduzir riscos de desastre
  • Adaptar a mudanças climáticas/extremos e seus impactos
  • Atenuar a mudanças climáticas e seus impactos
  • Criar impacto econômico benéfico
  • Cria impacto social benéfico
Uso da terra

  • Terra de cultivo
    • Cultura anual
    Número de estações de cultivo por ano: 1

Abastecimento de água
  • Precipitação natural
  • Misto de precipitação natural-irrigado
  • Irrigação completa

Objetivo relacionado à degradação da terra
  • Prevenir degradação do solo
  • Reduzir a degradação do solo
  • Recuperar/reabilitar solo severamente degradado
  • Adaptar à degradação do solo
  • Não aplicável
Degradação abordada
  • Erosão do solo pela água - Wt: Perda do solo superficial/erosão de superfície
  • Erosão do solo pelo vento - Et: Perda do solo superficial, Ed: deflação e deposição, Eo: efeitos de degradação externa
  • Deteriorização química do solo - Cn: declínio de fertilidade e teor reduzido de matéria orgânica (não causado pela erosão)
  • Deteriorização física do solo - Pc: Compactação
Grupo de GST
  • Perturbação mínima ao solo
Medidas de GST
  • Medidas agronômicas - A1: cobertura vegetal/do solo, A2: Matéria orgânica/fertilidade do solo, A3: Tratamento da superfície do solo (A 3.2: Reduced tillage (> 30% soil cover))
  • Medidas de gestão - M2: Mudança de gestão/nível de intensidade

Desenho técnico

Especificações técnicas
Soviet Seeder SZS 2.1 with wing shares for shallow soil mixing and seed bed preparation.
Location: Poluyamki. Altai Krai
Date: 20.05.2015

Technical knowledge required for field staff / advisors: high
Technical knowledge required for land users: high
Main technical functions: improvement of topsoil structure (compaction), increase in organic matter, increase of infiltration, increase / maintain water stored in soil, sediment retention / trapping, sediment harvesting
Secondary technical functions: control of raindrop splash, control of dispersed runoff: retain / trap, control of dispersed runoff: impede / retard, control of concentrated runoff: retain / trap, control of concentrated runoff: impede / retard, improvement of surface structure (crusting, sealing), improvement of subsoil structure (hardpan), stabilisation of soil (eg by tree roots against land slides), increase in nutrient availability (supply, recycling,…), reduction in wind speed, increase of biomass (quantity)

Better crop cover
Material/ species: Crop rotation without bare fallow
Mulching
Material/ species: stubble cultivation with disc harrow or harrow weeder
Quantity/ density: 1/year
Green manure
Material/ species: pea
Mineral (inorganic) fertilizers
Material/ species: fertilization with calcium ammonium nitrate
Quantity/ density: yearly
Remarks: (100kg/ha (spring wheat and rape), 50kg (pea)
Rotations / fallows
Material/ species: wheat-pea-wheat-raps
Minimum tillage
Material/ species: Catros (disc harrow) and Seeder СЗС2.1 (wing shares)
Remarks: Catros (depth: 10 cm) after harvest (autumn) and Seeder in May)
Non-inversion tillage
Material/ species: Catros (disc harrow) and Seeder СЗС2.1 (wing shares)
Remarks: Catros (depth: 10 cm) after harvest (autumn) and Seeder in May)
Author: Lars-Christian Grunwald

Estabelecimento e manutenção: atividades, insumos e custos

Cálculo de insumos e custos
  • Os custos são calculados:
  • Moeda utilizada para o cálculo de custos: n.a.
  • Taxa de câmbio (para USD): 1 USD = n.a
  • Custo salarial médio da mão-de-obra contratada por dia: n.a
Fatores mais importantes que afetam os custos
The highest cost factors of minimum tillage are equipment, fuel, fertilizer and seeds. Compared to the conventional deep ploughing often without fertilizer application, fertilizer and pesticides are the main additional cost factors.
Atividades de implantação
n.a.
Atividades de manutenção
  1. Stubble cultivation (Periodicidade/frequência: september)
  2. Seeding (Periodicidade/frequência: late april/early may)
  3. Seeding (extension) (Periodicidade/frequência: None)
  4. Pest management (Periodicidade/frequência: period of vegetation)
  5. Pest management (extension) (Periodicidade/frequência: None)
  6. Harvest (Periodicidade/frequência: september)
Insumos e custos de manutenção
Especifique a entrada Unidade Quantidade Custos por unidade (n.a.) Custos totais por entrada (n.a.) % dos custos arcados pelos usuários da terra
Mão-de-obra
labour ha 1,0 4,34 4,34 100,0
Equipamento
machine use ha 1,0 37,4 37,4 100,0
fuel ha 1,0 47,34 47,34 100,0
Material vegetal
seeds ha 1,0 25,3 25,3 100,0
Fertilizantes e biocidas
fertilizer ha 1,0 30,83 30,83 100,0
pesticides ha 1,0 9,42 9,42 100,0
Custos totais para a manutenção da tecnologia 154.63
Custos totais de manutenção da Tecnologia em USD 154.63

Ambiente natural

Média pluviométrica anual
  • <250 mm
  • 251-500 mm
  • 501-750 mm
  • 751-1.000 mm
  • 1.001-1.500 mm
  • 1.501-2.000 mm
  • 2.001-3.000 mm
  • 3.001-4.000 mm
  • > 4.000 mm
Zona agroclimática
  • úmido
  • Subúmido
  • Semiárido
  • Árido
Especificações sobre o clima
Thermal climate class: temperate
Inclinação
  • Plano (0-2%)
  • Suave ondulado (3-5%)
  • Ondulado (6-10%)
  • Moderadamente ondulado (11-15%)
  • Forte ondulado (16-30%)
  • Montanhoso (31-60%)
  • Escarpado (>60%)
Formas de relevo
  • Planalto/planície
  • Cumes
  • Encosta de serra
  • Encosta de morro
  • Sopés
  • Fundos de vale
Altitude
  • 0-100 m s.n.m.
  • 101-500 m s.n.m.
  • 501-1.000 m s.n.m.
  • 1.001-1.500 m s.n.m.
  • 1.501-2.000 m s.n.m.
  • 2.001-2.500 m s.n.m.
  • 2.501-3.000 m s.n.m.
  • 3.001-4.000 m s.n.m.
  • > 4.000 m s.n.m.
A tecnologia é aplicada em
  • Posições convexas
  • Posições côncavas
  • Não relevante
Profundidade do solo
  • Muito raso (0-20 cm)
  • Raso (21-50 cm)
  • Moderadamente profundo (51-80 cm)
  • Profundo (81-120 cm)
  • Muito profundo (>120 cm)
Textura do solo (superficial)
  • Grosso/fino (arenoso)
  • Médio (limoso, siltoso)
  • Fino/pesado (argila)
Textura do solo (>20 cm abaixo da superfície)
  • Grosso/fino (arenoso)
  • Médio (limoso, siltoso)
  • Fino/pesado (argila)
Teor de matéria orgânica do solo superior
  • Alto (>3%)
  • Médio (1-3%)
  • Baixo (<1%)
Lençol freático
  • Na superfície
  • < 5 m
  • 5-50 m
  • > 50 m
Disponibilidade de água de superfície
  • Excesso
  • Bom
  • Médio
  • Precário/nenhum
Qualidade da água (não tratada)
  • Água potável boa
  • Água potável precária (tratamento necessário)
  • apenas para uso agrícola (irrigação)
  • Inutilizável
A qualidade da água refere-se a:
A salinidade é um problema?
  • Sim
  • Não

Ocorrência de enchentes
  • Sim
  • Não
Diversidade de espécies
  • Alto
  • Médio
  • Baixo
Diversidade de habitat
  • Alto
  • Médio
  • Baixo

Características dos usuários da terra que utilizam a tecnologia

Orientação de mercado
  • Subsistência (autoabastecimento)
  • misto (subsistência/comercial)
  • Comercial/mercado
Rendimento não agrícola
  • Menos de 10% de toda renda
  • 10-50% de toda renda
  • >50% de toda renda
Nível relativo de riqueza
  • Muito pobre
  • Pobre
  • Média
  • Rico
  • Muito rico
Nível de mecanização
  • Trabalho manual
  • Tração animal
  • Mecanizado/motorizado
Sedentário ou nômade
  • Sedentário
  • Semi-nômade
  • Nômade
Indivíduos ou grupos
  • Indivíduo/unidade familiar
  • Grupos/comunidade
  • Cooperativa
  • Empregado (empresa, governo)
Gênero
  • Mulheres
  • Homens
Idade
  • Crianças
  • Jovens
  • meia-idade
  • idosos
Área utilizada por residência
  • < 0,5 ha
  • 0,5-1 ha
  • 1-2 ha
  • 2-5 ha
  • 5-15 ha
  • 15-50 ha
  • 50-100 ha
  • 100-500 ha
  • 500-1.000 ha
  • 1.000-10.000 ha
  • > 10.000 ha
Escala
  • Pequena escala
  • Média escala
  • Grande escala
Propriedade da terra
  • Estado
  • Empresa
  • Comunitário/rural
  • Grupo
  • Indivíduo, não intitulado
  • Indivíduo, intitulado
Direitos do uso da terra
  • Acesso livre (não organizado)
  • Comunitário (organizado)
  • Arrendado
  • Indivíduo
Direitos do uso da água
  • Acesso livre (não organizado)
  • Comunitário (organizado)
  • Arrendado
  • Indivíduo
Acesso a serviços e infraestrutura
Saúde

Pobre
Bom
Educação

Pobre
Bom
Assistência técnica

Pobre
Bom
Emprego (p. ex. não agrícola)

Pobre
Bom
Mercados

Pobre
Bom
Energia

Pobre
Bom
Vias e transporte

Pobre
Bom
Água potável e saneamento

Pobre
Bom
Serviços financeiros

Pobre
Bom

Impactos

Impactos socioeconômicos
Produção agrícola
diminuído
aumentado


In the first years after the change of the cropping system, there is an increased risk of crop losses due not correct/suitable management of the new cropping system

Despesas com insumos agrícolas
aumentado
diminuído


mainly for initial investments and herbicides in the first years

Rendimento agrícola
diminuído
aumentado


but increase of costs for herbicides and fertilizer; decrease for fuel and labor

Increase use of herbicide applications
increased
decreased


particular necessary in the first years after the imlementation of the minimum tillage system

Impactos socioculturais
Segurança alimentar/auto-suficiência
Reduzido
Melhorado


In general yes, but food security is not a problem in this region.

Atenuação de conflitos
Agravado
Melhorado

Impactos ecológicos
Escoamento superficial
aumentado
diminuído

Evaporação
aumentado
diminuído

Umidade do solo
diminuído
aumentado

Cobertura do solo
Reduzido
Melhorado

Perda de solo
aumentado
diminuído

Compactação do solo
aumentado
Reduzido

Ciclo e recarga de nutrientes
diminuído
aumentado

Matéria orgânica do solo/carbono abaixo do solo
diminuído
aumentado

Espécies benéficas (predadores, minhocas, polinizadores)
diminuído
aumentado

Emissão de carbono e gases de efeito estufa
aumentado
diminuído

Velocidade do vento
aumentado
diminuído

Increased use of herbicide application
increased
decreased


Especially in the first years after the implementation of the minimum tillage system.

Impactos fora do local
disponibilidade de água (lençóis freáticos, nascentes)
diminuído
aumentado


there is a higher content of soil moisture under minimum tillage than under traditional ploughing especially in dry weather periods / drought periods.

Sedimentos transportados pelo vento
aumentado
Reduzido

Danos em áreas vizinhas
aumentado
Reduzido

Análise do custo-benefício

Benefícios em relação aos custos de estabelecimento
Retornos a curto prazo
muito negativo
muito positivo

Retornos a longo prazo
muito negativo
muito positivo

Benefícios em relação aos custos de manutenção
Retornos a curto prazo
muito negativo
muito positivo

Retornos a longo prazo
muito negativo
muito positivo

Mudança climática

Mudança climática gradual
Temperatura anual aumento

não bem em absoluto
muito bem
Extremos (desastres) relacionados ao clima
Temporal local

não bem em absoluto
muito bem
Tempestade de vento local

não bem em absoluto
muito bem
Seca

não bem em absoluto
muito bem
Outras consequências relacionadas ao clima
Período de crescimento reduzido

não bem em absoluto
muito bem

Adoção e adaptação

Porcentagem de usuários de terras na área que adotaram a Tecnologia
  • casos isolados/experimental
  • 1-10%
  • 11-50%
  • > 50%
De todos aqueles que adotaram a Tecnologia, quantos o fizeram sem receber incentivos materiais?
  • 0-10%
  • 11-50%
  • 51-90%
  • 91-100%
A tecnologia foi recentemente modificada para adaptar-se as condições variáveis?
  • Sim
  • Não
A quais condições de mudança?
  • Mudança climática/extremo
  • Mercados dinâmicos
  • Disponibilidade de mão-de-obra (p. ex. devido à migração)

Conclusões e experiências adquiridas

Pontos fortes: visão do usuário de terra
Pontos fortes: a visão do/a compilador/a ou de outra pessoa capacitada
  • Increase of soil aggregate stability and improved soil structure thus better erosion control and protection of soil organic matter will improve soil fertility and water holding capacity
  • Minimization of evaporation losses through the mulch layer
  • Protection of soil organisms thus ensuring natural soil forming processes
  • Lower input costs (materials, fuel, labour, time) and quicker field operations.
  • A great advantage of the tested ‘minimum tillage’ in contrast to ‘no till‘ is that the former needs no new machinery because of the use and adaptation of old Soviet machinery.
Pontos fracos/desvantagens/riscos: visão do usuário de terracomo superar
Pontos fracos/desvantagens/riscos: a visão do/a compilador/a ou de outra pessoa capacitadacomo superar
  • Need for comprehensive system knowledge and risk of significant crop losses in case of incorrect implementation Knowledge transfer, Capacity building and extension services, State support (subsidies for new technologies)
  • Application of chemical herbicides leads to higher costs and possible ecological risks Selective spraying using the “Amaspot” system that is based on infrared detection of weeds.
  • Higher requirements for fertilizers, especially at the beginning, due to lower mineralization rates and less nutrient availability compared to conventional cultivation Higher fertilizer application in the first years after conversion.
  • Challenging straw management that leads to higher risk of fungal infestation and poorer field crop emergence Good straw management: effective straw chopping and spreading as well as stubble cultivation for an optimal straw/ soil ratio.

Referências

Compilador/a
  • Peter Liebelt
Editores
Revisor
  • Alexandra Gavilano
  • Deborah Niggli
  • David Streiff
Data da documentação: 23 de Junho de 2016
Última atualização: 17 de Junho de 2019
Pessoas capacitadas
Descrição completa no banco de dados do WOCAT
Dados GST vinculados
A documentação foi facilitada por
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